CN204150142U - 一种模块化多足机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模块化多足机器人，目的在于解决现有多足机器人在面对高速高机动性要求时，仍需要大力矩、高增益的微小型电机驱动***，机器人存在整机质心分布不均衡、复杂度高、能量效率低等缺点的问题。其包括若干个移动装置，移动装置包括底盘、侧摆连接件、运动部件，运动部件与底盘相连，移动装置之间通过底盘相连。本实用新型采用模块化设计，可实现四足、六足、八足等仿生形体样机的变换，并且连接方式简单、可靠，拆装便捷；同时，当单个模块发生故障时，可以快速拆卸更换维修，具有较强的适应性。本实用新型构思巧妙，设计合理，能够实现多足机器人的快速行走，能够满足不同地形环境下的行走要求，具有较好的效果和重要应用价值。

Description

一种模块化多足机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其是多足机器人领域，具体为一种模块化多足机器人。

背景技术

相对于轮式机器人等，多足机器人对复杂超高障碍物、超距沟渠、陡峭山地、泥泞沼泽和沙漠等非结构化环境具有极强的适应性。随着多足机器人在星际探测、矿山采掘、抢险救灾和军事侦察与反恐等领域表现出越来越强的优势，人们对多足机器人速度和机动性等提出了越来越高的要求。机器人腿部关节驱动***是实现多足机器人高速高机动性的重要单元。传统的电机驱动方式虽然实现了机器人的动态运动，但面对高速高机动性要求，仍需要大力矩、高增益的微小型电机驱动***，且电机自身的质量结构布置，以及传动链配置等，也带来了机器人整机质心分布的不均衡、复杂度高、能量效率低等缺点。

对于多足机器人而言，腿部关节配置形式通常有膝式和肘式两种，组合起来则有4种腿型配置，分别是外弯型（前膝后肘）、内弯型（前肘后膝）、全肘型和全膝型。目前，国内外处于实验阶段和已经加工出样机的多足机器人中，四种配置形式都有，都可以实现基本的行走功能。

2004年和2008年，美国波士顿动力公司研制了两代四足式机器人 BigDog。2010年，意大利理工学院研制了电液驱动四足式机器人 HyQ。在双足机器人领域，瑞典梅拉达伦大学和美国波士顿动力公司等亦分别开发了液压驱动双足跑步机器人 Dasher和Petman。国内的山东大学、南京航空航天大学等亦开展了液压驱动四足机器人研究。中国科学院长春光学精密机械研究所采用平行四边形和凸轮机构研制出一台八足螃蟹式步行机；中科院沈阳自动化所研制成功的水下六足步行机；清华大学开发出了 DTWN 框架式双三足步行机器人。

然而，现有的多足机器人通常存在如下缺点：传统的电机驱动方式虽然实现了机器人的动态运动，但面对高速高机动性要求，仍需要大力矩、高增益的微小型电机驱动***，且电机自身的质量结构布置以及传动链配置等亦带来了机器人整机质心分布的不均衡、复杂度高、能量效率低等缺点；现有多足机器人的腿常有三腿节四自由度，具有冗余自由度，其能提高机器人地形适应性和越障能力，但也极大地增加了控制难度和动态姿态调整难度；同时，多足机器人的关节处较薄弱，在越障和承受较大冲击时易被破坏，更换、维护困难。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对现有多足机器人在面对高速高机动性要求时，仍需要大力矩、高增益的微小型电机驱动***，机器人存在整机质心分布不均衡、复杂度高、能量效率低等缺点的问题，提供一种模块化多足机器人。本实用新型采用模块化设计，可实现四足、六足、八足等仿生形体样机的变换，并且连接方式简单、可靠，拆装便捷，易于维护；同时，当单个模块发生故障时，可以快速拆卸更换维修，具有较强的适应性。本实用新型构思巧妙，设计合理，结构稳定，能够实现多足机器人的快速行走，能够满足不同地形环境下的行走要求，具有较好的效果和重要的应用价值。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种模块化多足机器人，包括若干个移动装置，所述移动装置包括底盘、能相对底盘所在面运动的侧摆连接件、运动部件，所述运动部件通过侧摆连接件与底盘相连，所述移动装置之间通过底盘相连；

所述运动部件包括第一支撑臂、第一轴承连接件、第二支撑臂、第二轴承连接件、设置在第二支撑臂底端的减震装置、第一液压缸、第二液压缸；

所述第一支撑臂的一端通过第一轴承连接件与侧摆连接件活动连接，所述第一支撑臂的另一端通过第二轴承连接件与第二支撑臂活动连接；

所述第一液压缸的两端分别与侧摆连接件、第一支撑臂靠近第二轴承连接件的一端相连，所述第一液压缸能带动第一支撑臂绕第一轴承连接件转动；

所述第二液压缸的两端分别与第一支撑臂靠近第一轴承连接件的一端、第二支撑臂的中部相连，所述第二液压缸能带动第二支撑臂绕第二轴承连接件转动。

所述第一支撑臂包括第一运动机构外板、加强板、第三转动副、第四转动副，所述第一运动机构外板为两块，所述加强板、第三转动副、第四转动副分别设置在两块第一运动机构外板之间；

所述第二支撑臂包括第二运动机构外板、第五转动副、第六转动副，所述第五转动副、第六转动副设置在两块第二运动机构外板之间；

所述第一液压缸的两端分别与侧摆连接件、第三转动副相连，所述第二液压缸的两端分别与第四转动副、第五转动副相连，所述减震装置与第六转动副相连。

所述减震装置包括液压减震器、设置在液压减震器上的减震弹簧、与第二支撑臂相连的减震连接件、端部，所述减震连接件、端部分别设置在液压减震器的两端。

所述端部设置有凹槽，所述凹槽内设置有减震橡胶。

所述侧摆连接件对称设置在底盘上。

所述底盘上设置有用于连接的连接件。

所述连接件包括第一连接板、第二连接板，所述第一连接板、第二连接板分别位于底盘的两侧，所述第一连接板位于底盘的下方，所述第二连接板位于底盘的上方且与第一连接板相配合。

所述侧摆连接件包括与底板相连的第三液压缸、折线型板、与折线型板相连的侧摆侧板、第一转动副、设置在侧摆侧板上的第二转动副，所述第三液压缸分别与底盘、第一转动副相连，所述第一转动副设置在折线型板或侧摆侧板上。

所述折线型板、侧摆侧板分别为一组，所述第一转动副设置在折线型板之间，所述第二转动副设置在侧摆侧板之间。

所述折线型板与侧摆侧板之间采用焊接相连或采用一体成型。

所述折线型板上设置有加强筋。

针对前述问题，本实用新型提供一种模块化多足机器人，其可通过改变侧摆连接件、运动部件（即伸缩模块）在底盘上的安装数量，实现不同伸缩模块数量仿生形体样机的变换，具有连接简单、可靠，拆装便捷的优点。本实用新型采用模块化设计，当单个模块发生故障时，可以进行快速拆卸、更换维修。本实用新型包括若干个移动装置，移动装置包括底盘、能相对底盘所在面运动的侧摆连接件、运动部件，运动部件通过侧摆连接件与底盘相连，移动装置之间通过底盘相连。本实用新型中，侧摆连接件、运动部件构成伸缩模块，伸缩模块通过底盘连接在一起，可通过螺钉等方式固定，具有较好的力学效果，并且加工简单、连接方便快捷。进一步，侧摆连接件包括与底板相连的第三液压缸、折线型板、与折线型板相连的侧摆侧板、第一转动副、设置在侧摆侧板上的第二转动副，第三液压缸与第一转动副相连，第一转动副设置在折线型板或侧摆侧板上。采用该结构，折线型板与侧摆侧板连接为一体，第三液压缸通过第一转动副带动侧摆连接件相对运动，从而实现侧摆连接件相对底盘水平自由度的转动。进一步，折线型板、侧摆侧板分别为一组，第一转动副设置在折线型板之间，第二转动副设置在侧摆侧板之间。采用该结构能够增强侧摆连接件，且结构更为合理。

运动部件包括第一支撑臂、第一轴承连接件、第二支撑臂、第二轴承连接件、设置在第二支撑臂底端的减震装置、第一液压缸、第二液压缸。第一支撑臂的一端通过第一轴承连接件与侧摆连接件活动连接，第一支撑臂的另一端通过第二轴承连接件与第二支撑臂活动连接；第一液压缸的两端分别与侧摆连接件、第一支撑臂靠近第二轴承连接件的一端相连，第一液压缸能带动第一支撑臂绕第一轴承连接件转动；第二液压缸的两端分别与第一支撑臂靠近第一轴承连接件的一端、第二支撑臂的中部相连，第二液压缸能带动第二支撑臂绕第二轴承连接件转动。本实用新型采用该结构，得到三个自由度的伸缩模块，该伸缩模块可实现柔性伸缩。本实用新型的运动部件具有结构简单、可靠性和稳定性好，可实现柔性伸缩的特点。

减震装置包括液压减震器、设置在液压减震器上的减震弹簧、与第二支撑臂相连的减震连接件、端部，减震连接件、端部分别设置在液压减震器的两端，减震连接件改善了端部与地面的接触效果，又十分方便更换维护。端部设置有凹槽，凹槽内设置有减震橡胶，减震橡胶能进一步提升本实用新型的承重减震效果。本实用新型的减震装置采用液压减震器、减震弹簧相互配合，同时，在端部的凹槽内设置减震橡胶，通过液压减震器、减震弹簧、减震橡胶的相互作用，实现运动部件的减震，并使得运动部件受力更加集中和稳定。

连接件包括第一连接板、第二连接板，第一连接板、第二连接板分别位于底盘的两侧，第一连接板位于底盘的下方，第二连接板位于底盘的上方且与第一连接板相配合。采用该结构，第一连接板形成与底盘相配合的台阶，即高低板结构，从而使第二连接板与第一连接板配合在一起，同时保持整体的平衡性。同时，本实用新型的连接件采用该结构，其所承受的切向力和轴向力都比较强，具有稳定性和承载能力。

本实用新型中，移动装置可通过底盘串联成多节。当需要组装成四足机器人时，将两个底盘用螺栓等连接起来；当需要组装成为六足机器人时，就将三个底盘连接起来，以此类推。本实用新型具有较好的力学效果，同时加工简单、连接简单、可靠，拆装方便快捷，可以连接成四足马式机器人、六足蜘蛛机器人、八足螃蟹机器人等。当单个运动部件发生故障时，可以快速拆卸更换维修。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型可通过改变侧摆连接件、运动部件在底盘上的安装，实现四足、六足、八足等仿生形体样机的变换，连接方式简单、可靠，拆装便捷；

2、本实用新型采用模块化设计，单个运动部件发生故障时，可以快速拆卸，更换维修方便；

3、本实用新型具有较好的力学效果，同时加工简单、连接方便快捷；

4、本实用新型安装形式固定，具有安装方便、快捷的特点；

5、本实用新型中，第二支撑臂底端设置有减震装置，其能够增加与地面的摩擦力，同时具有较好的缓冲减震作用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为实施例1中底盘的结构示意图。

图3为实施例1中侧摆连接件的状态示意图一。

图4为侧摆连接件的状态示意图二。

图5为运动部件的结构示意图。

图6为图5中第一支撑臂的结构示意图。

图7为图5中第二支撑臂的结构示意图。

图8为图5中减震装置的结构示意图。

图9为六足机器人的结构示意图。

图中标记：1为底盘，2为侧摆连接件，3为运动部件，4为第一连接板，5为第二连接板，6为折线型板，7为侧摆侧板，8为第一转动副，9为第二转动副，10为第一支撑臂，11为第一轴承连接件，12为第二支撑臂，13为第二轴承连接件，14为减震装置，15为第一液压缸，16为第二液压缸，17为第一运动机构外板，18为加强板，19为第三转动副，20为第四转动副，21为第二运动机构外板，22为第五转动副，23为第六转动副，24为液压减震器，25为减震弹簧，26为减震连接件，27为端部。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图所示，本实用新型包含若干个移动装置。其中，移动装置包括底盘、侧摆连接件、运动部件，运动部件通过侧摆连接件与底盘相连，移动装置之间通过底盘相连。

底盘上分别设置有用于连接的第一连接板、第二连接板，第一连接板、第二连接板分别位于底盘的两侧，第一连接板位于底盘的下方，第二连接板位于底盘的上方且与第一连接板相配合，第一连接板与第二连接板之间形成高低板结构。

侧摆连接件包括与底板相连的第三液压缸、折线型板、侧摆侧板、第一转动副、第二转动副，折线型板为一组且对称设置，侧摆侧板也为一组且侧摆侧板之间平行设置，第一转动副设置在折线型板之间，第二转动副设置在侧摆侧板之间，折线型板与侧摆侧板之间采用一体成型。第三液压缸分别与底盘、与第一转动副相连，通过三液压缸能够带动侧摆连接件相对底盘水平自由度的转动。

运动部件包括第一支撑臂、第一轴承连接件、第二支撑臂、第二轴承连接件、设置在第二支撑臂底端的减震装置、第一液压缸、第二液压缸。其中，第一支撑臂包括第一运动机构外板、加强板、第三转动副、第四转动副，第一运动机构外板为两块，加强板、第三转动副、第四转动副分别设置在两块第一运动机构外板之间。第一支撑臂的一端通过第一轴承连接件与侧摆连接件活动连接，第一支撑臂的另一端通过第二轴承连接件与第二支撑臂活动连接。第三转动副位于第一支撑臂靠近第二轴承连接件的一端，第一液压缸的两端分别与侧摆连接件、第三转动副相连，其能带动第一支撑臂绕第一轴承连接件转动。

第二支撑臂包括第二运动机构外板、第五转动副、第六转动副，第五转动副、第六转动副设置在两块第二运动机构外板之间。第四转动副位于第一支撑臂靠近第一轴承连接件的一端，第五转动副位于第二支撑臂的中部，第二液压缸的两端分别与第四转动副、第五转动副相连，第二液压缸能带动第二支撑臂绕第二轴承连接件转动。

减震装置包括液压减震器、设置在液压减震器上的减震弹簧、减震连接件、端部，减震连接件、端部分别设置在液压减震器的两端，减震连接件与第六转动副相连。端部还设置有凹槽，凹槽内设置有减震橡胶。

侧摆连接件、运动部件分别设置在移动装置的两端，构成移动模块，多个移动模块相连，构成四足、六足、八足等仿生形体样机，例如图9中给出了六足机器人的结构示意图。

本实用新型通过采用不同数量的移动装置，即可实现四足、六足、八足等仿生形体样机的变换，连接方式简单、可靠，拆装便捷。同时，由于采用模块设计，当其中的某些运动部件损坏时，可以及时进行拆卸、更换，具有连接简单、可靠的特点，具有较强的适应性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化多足机器人，其特征在于，包括若干个移动装置，所述移动装置包括底盘、能相对底盘所在面运动的侧摆连接件、运动部件，所述运动部件通过侧摆连接件与底盘相连，所述移动装置之间通过底盘相连；

所述运动部件包括第一支撑臂、第一轴承连接件、第二支撑臂、第二轴承连接件、设置在第二支撑臂底端的减震装置、第一液压缸、第二液压缸；

所述第一支撑臂的一端通过第一轴承连接件与侧摆连接件活动连接，所述第一支撑臂的另一端通过第二轴承连接件与第二支撑臂活动连接；

所述第一液压缸的两端分别与侧摆连接件、第一支撑臂靠近第二轴承连接件的一端相连，所述第一液压缸能带动第一支撑臂绕第一轴承连接件转动；

所述第二液压缸的两端分别与第一支撑臂靠近第一轴承连接件的一端、第二支撑臂的中部相连，所述第二液压缸能带动第二支撑臂绕第二轴承连接件转动。

2.根据权利要求1所述模块化多足机器人，其特征在于，所述第一支撑臂包括第一运动机构外板、加强板、第三转动副、第四转动副，所述第一运动机构外板为两块，所述加强板、第三转动副、第四转动副分别设置在两块第一运动机构外板之间；

所述第二支撑臂包括第二运动机构外板、第五转动副、第六转动副，所述第五转动副、第六转动副设置在两块第二运动机构外板之间；

所述第一液压缸的两端分别与侧摆连接件、第三转动副相连，所述第二液压缸的两端分别与第四转动副、第五转动副相连，所述减震装置与第六转动副相连。

3.根据权利要求1或2所述模块化多足机器人，其特征在于，所述减震装置包括液压减震器、设置在液压减震器上的减震弹簧、与第二支撑臂相连的减震连接件、端部，所述减震连接件、端部分别设置在液压减震器的两端。

4.根据权利要求3所述模块化多足机器人，其特征在于，所述端部设置有凹槽，所述凹槽内设置有减震橡胶。

5.根据权利要求1所述模块化多足机器人，其特征在于，所述侧摆连接件对称设置在底盘上。

6.根据权利要求1所述模块化多足机器人，其特征在于，所述底盘上设置有用于连接的连接件。

7.根据权利要求6所述模块化多足机器人，其特征在于，所述连接件包括第一连接板、第二连接板，所述第一连接板、第二连接板分别位于底盘的两侧，所述第一连接板位于底盘的下方，所述第二连接板位于底盘的上方且与第一连接板相配合。

8.根据权利要求1、2、4-7任一项所述模块化多足机器人，其特征在于，所述侧摆连接件包括与底板相连的第三液压缸、折线型板、与折线型板相连的侧摆侧板、第一转动副、设置在侧摆侧板上的第二转动副，所述第三液压缸分别与底盘、第一转动副相连，所述第一转动副设置在折线型板或侧摆侧板上。

9.根据权利要求8所述模块化多足机器人，其特征在于，所述折线型板、侧摆侧板分别为一组，所述第一转动副设置在折线型板之间，所述第二转动副设置在侧摆侧板之间。

10.根据权利要求9所述模块化多足机器人，其特征在于，所述折线型板与侧摆侧板之间采用焊接相连或采用一体成型。